CH249720A - Verbrennungsturbinenanlage. - Google Patents

Description

      Verbrennungsturbinenanlage.       Die Erfindung     betrifft    eine Verbren  nungsturbinenanlage, in der die Wärmezu  fuhr     stufenweise        erfolgt.     



       Bekanntlich    ist es noch nicht einwand  frei gelungen, in     Verbrennungsgasturbinen     auch Kohle und andere     aschenhaltige    Brenn  stoffe zu verbrennen. Solche Brennstoffe las  sen sich wohl in Wärmekraftanlagen verwen  den, in denen das Arbeitsmittel einen Kreis  lauf beschreibt und die Wärmezufuhr an       letzteres    indirekt, d. h. durch     Wä.rmeaus-          tausohflä.chen    hindurch, erfolgt.

   Bei     Anlagen     der letzteren Art sind jedoch für den     Arbeits-          mittelerhitzer        hochlegierte    Werkstoffe zu  verwenden, falls das Arbeitsmittel auf die  jenigen hohen     Temperaturen    erhitzt werden  soll,     welehe    die Erzielung eines guten Wir  kungsgrades     erfordert.-          Zweck    der vorliegenden Erfindung ist  nun, eine     Verbrennungsturbinenanlage    zu  schaffen, welche auch die Verfeuerung von  Kohle und andern aschenhaltigen Brennstof  fen ermöglicht, ohne dass die Anlage allzu  teuer zu     stehen    kommt.  



  Zu     diesem    Behufe wird nun in einer     Ver-          brennungsturbinenanlage    gemäss der Erfin  dung in einer ersten     Wärmezufuhrstufe        in     der     Anlage    benötigte Verbrennungsluft in  direkt, d. h.

   durch eine Heizfläche hindurch,  durch Verbrennung von     Brennstoff    erhitzt  und in einer zweiten     Wä.rmezufuhrstufe    er  folgt durch unmittelbare Verbrennung von  Brennstoff in der so erhitzten Luft die Er  zeugung des Treibgases für die Verbren-         nungsturbine.    In einer solchen Anlage     ist    nur  in der zweiten     Wärmezufuhrstufe        ein    aschen  freier Brennstoff zu verwenden,     -während     sich in der ersten     Wärmezufuhrstufe    auch       asche-    und     staubhaltige,    insbesondere also  feste Brennstoffe verfeuern lassen.

   Dabei lässt  sich in der     ersten,        Wärmezufuhrstufe    mit       verhältnismässig    niedrigen     Temperaturen    ar  beiten, so dass in dieser     Wärmezufuhrstufe          unlegierte    oder höchstens schwach legierte  und daher     verhältnismässigbillige    Werkstoffe  verwendet werden können.  



  Auf der beiliegenden Zeichnung sind ver  schiedene     beispielsweise        Ausführungsformen     des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter       Darstellungsweise        veranschaulicht,    und zwar  zeigt:

         Fig.    1 eine erste Ausführungsform,       Fig.    2 eine     zweite    Ausführungsform,     in     welcher die Abgase einer Verbrennungstur  bine in einem     Wärmeaustauscher    Wärme an  die in einem Verdichter verdichtete, der ersten       Wärmezufuhrs,tufe-    zuströmende Verbren  nungsluft abgeben,       Fig.    3     eine    Anlage mit Zwischenerhitzung  des:

       Arbeitsmittels,    und       Fig.    4 eine Anlage, in welcher in der zwei  ten     Wärmazufuhrstufe    Gas     verfeuert        -wird,     das aus Kohle in einem Gasgenerator     erhalten     wird.  



  In     Fig.    1 bezeichnet 1 einen     Verdieh-          ter,    der durch     eine:    Leitung 2 Verbrennungs  luft aus der Umgebung     ansaugt        und    sie  durch eine Leitung 3 in ein Heizsystem 4      eines     Erhitzeree    5 fördert. Letzterer bildet  die erste     Wärmezufuhrstufe    für das     Ar-          beitsmittel    einer Verbrennungsturbine 6.

    Die im     Erhitzer    5 erhitzte Luft strömt       durch    eine     Leitung    51 in eine     Brennkammer     7, der durch eine Leitung 8 auch noch       flüssiger        Brennstoff        zuströmt,        welcher    sich  in der     Brennkammer    7 entzündet und zusam  men mit der durch die Leitung 51 zuströ  menden     Verbrennungsluft    das Treibgas für  die     Turbine    6 ergibt. Dieser strömt das so  erhaltene Treibgas durch eine Leitung 9 zu.

    Die     Turbine    6 treibt den Verdichter 1 und  einen     Nutzleistungsempfänger    11, der bei  5     spielsweise        als        Generator    ausgebildet sein       kann,    an     und    die     ausströmenden        Abgase          treten    in     eine        Ableitung    10 über. 12 be  zeichnet     einen        Anlassmotor.     



  Im     Erhitzer    5 lässt sich jede beliebige  Art von     Brennstoff    verfeuern, also auch       asche-    und     staubhaltige    Brennstoffe, da der  Brennstoff mit der durch das Heizsystem 4  strömenden Luft nicht in Berührung kommt,  sie also     in    keiner Weise verschmutzen kann.  



  5 Da ferner die durch     das        Heizsystem    4 strö  mende Luft im Erhitzer 5 nicht auf die Tem  peratur zu erhitzen ist, welche die Treib  gase am     Eintritt    in     die        Turbine    6 aufzu  weisen haben, so     lässt    sich in diesem Er  o     hitzer    5 mit     verhältnismässig        niedrigen    Tem  peraturen     arbeiten    und daher mit Werkstof  fen auskommen, die     höchstens    sehwach legiert  zu sein brauchen.  



  Die in     Fig.    2     gezeigte        Ausführungsform          s    unterscheidet sich von der beschriebenen  lediglich dadurch, dass die Abgase einer     Ver-          brennungsturbine    13 durch eine     Leitung    14       in        eineu.        Wärmeaustauscher    15 gelangen, wo  sie Wärme     @an    die von einem Verdichter 16  aus der Umgebung angesaugte und in     eine          Leitung    17 geförderte     Verbrennungsluft    ab  geben.  



  Bei der     Verbrennungsturbinenanlage     nach     Fig.    3 ist     ein        Verbrennungsluft    aus der  <B>I</B>     Umgebung        ansaugender    Verdichter     zweige-          häusig        ausgebildet.    Die zwei     Verdichterteile          sind    mit den Bezugszeichen 18 und 19 belegt,  und 20 bezeichnet einen     zwisehen    den zwei    Teilen 18 und 19     gelegenen    Zwischenkühler  für die im     Verdichterteil    18 verdichtete  Luft.

   Die im     Verdiehterteil    19 auf den ge  forderten Enddruck gebrachte     Verbrennungs-          luft        wird    in eine     Leitung    21 gefördert, von  der     ein    Teil in     einem        '#Vä-rmeausta-uscher    22       untergebracht    ist, und sie gelangt     sodann    in  ein     Heizsystem    23     eines        Erhitzers    24, zum  Verfeuern von Kohlenstaub, wo der verdich  teten Luft indirekt Wärme     zugeführt    wird.

    Die so erhitzte Luft strömt durch eine Lei  tung 25 in eine Verbrennungskammer 26,  der durch eine     Leitung    27 auch Brennstoff  zugeführt wird. Die     in        der        Verbrennungs-          kammer    26 erzeugten Treibgase strömen       durch        eine        Leitung   <B>27'</B>     in    eine     Verbren-          nungsturbine    28, welche den     Verdichterteil     19 und einen als Generator 29     ausgebildeten          Nutzleistungsempfänger    antreibt.

   Die<B>Ab-</B>  gase der     Verbrennungsturbine    28 gelangen  durch eine Leitung 30 in ein zweites Heiz  system 31     .des.        Erhitzers    24, wo sie durch  indirekte Wärmezufuhr eine Zwischen  erhitzung erfahren, um alsdann durch eine       Leitung    32     in    eine zweite     Brennkammer    33  zu gelangen. Letzterer     wird    durch eine Lei  tung 34     Brennstoff    zugeführt, so dass die  Abgase der     Turbine    28 in dieser Brenn  kammer 33 weiter     zwischenerhitzt    werden.

    Die der     Brennkammer    33     entströmenden     Treibgase     gelangen    durch eine Leitung 35  in eine zweite Verbrennungsturbine 36,  welche den     Verdichterteil    18 eintreibt. Die       Abgase    der Turbine 36 strömen     durch,    eine       Leitung    37     in    den     Wärmeaustauscher    22,  wo     sie    Wärme an die .durch eine Leitung 21  strömende, verdichtete     Verbrennungsluft    ab  gAen, und werden schliesslich durch eine       .Leitung    38 abgeführt.  



       Bei    der in     Fig.    3 gezeigten Anlage wird  somit in einer ersten     Wärmezufuhrstufe,     d. h. im Erhitzer 24, indirekt Wärme an die  das Heizsystem 23 durchströmende, verdich  tete Verbrennungsluft abgegeben, während in  zwei weiteren Stufen, d. h.

   in den     Brenn-          kammer    26 und 33, durch     unmittelbare    Ver  brennung von     Brennstoffen    in der im Sy  stem 23     erhitzten    Luft Treibgas für die Ver-           brennungsturbine    28     bezw.    durch Verbren  nen von Brennstoff in den im System 31  zwischenerhitzten, noch stark     lufthaltigen     Abgasen der Turbine 28 Treibgas für die  Verbrennungsturbine 36 erzeugt wird.  



  In     Fig.    4     ist        eine        Verbrennungsturbinen-          anlage        gezeigt,        in.    der in     einer        ersten    Wärme  zufuhrstufe 40     staubförmige    Kohle zum in  direkten Erhitzen der von einem Verdichter  41 aus der Umgebung     angesaugten    und darin  auf höheren Druck     gebrachten    Verbrennungs  luft dient. In einem Gaserzeuger 42, dem  durch eine an die Druckleitung 44 des Ver  dichters 41     angeschlossene    Leitung 43 Frisch  luft zuströmt, wird Kohle vergast.

   Die so  erhaltenen     Gase    gelangen nach erfolgter Rei  nigung in einer Apparatur 54 in einen zwei  ten     Verdichter    45, der sie in eine     Brenn-          kammer    46 fördert, welcher durch Leitun  i gen 47, 48 im Erhitzer 40 indirekt     erhitzte     Verbrennungsluft zuströmt.

   Die     Brennkam-          mer    46 bildet eine     zweite    Wärmezufuhr  stufe     der        Verbrennungsturbinenanlagei,    in  welcher Stufe gasförmiger Brennstoff un  mittelbar verbrannt wird zwecks Erzeugung  von Treibgasen, die durch     eine    Leitung 49  einer Verbrennungsturbine 50 zuströmen.  Letztere treibt die     Verdichter    41, 45 und  ferner einen     Nutzleistungsempfänger    51 an.  



       i    Die Abgase der Turbine 50 gelangen durch  eine     Leitung    52 in einen     Wärmeaustauscher     53, in den ein Teil der Druckleitung 44 des       Verdichters    41 verlegt ist, so dass die ab  ziehenden Abgase im     Wärmeaustauscher    53  noch Wärme an einen Teil der vom Ver  dichter 41 in das Heizsystem 40 geförderten  Druckluft abgeben können. 55 bezeichnet  einen     Anlassmotor.     



  Sind mehrere parallel     geschaltete    Ver  brennungsturbinen vorhanden, so kann der  für sämtliche Turbinen benötigten Verbren  nungsluft in     einem    einzigen Erhitzer, der  eine erste     Wärmezufuhrstufebildet,        indirekt     Wärme     zugeführt    werden.  



  Die     Verbrennung    des     Brennstoffes    in     der     ersten     Wärmezufuhrstufe    kann auch unter  Druck erfolgen, und anstatt in dieser Stufe  feste,     asche-    oder     schlackenhaltige    Brenn-         stoffe    zu verbrennen, werden dann     zweck-          mässig    reine     Brennstoffe,    z. B. Heizöl, ver  brannt, deren Abgase einer besonderen Ver  brennungsturbine zugeführt werden.  



       Anstatt    sämtlicher Luft, die von einem       Verdichtern    aus der     Atm.osphä@re    angesaugt  wird, in einer ersten, als Erhitzer     ausgebilde-          ten        Wärmezufuhrstufe    indirekt Wärme zu  zuführen, kann das nur in     bezug    auf einen  Teil jener Luft geschehen, während der Rest  dieser Luft dazu dienen kann, Abgasen des  Erhitzers. in einem     Wärmeaustauscher    Wärme  zu entziehen. Auch dieser     Luftteil    wird somit  in einer     Wärmezufuhrstufe    indirekt erhitzt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verbrennungsturbineanlage, in der die Wärmezufuhr stufenweise stattfindet, da durch gekennzeichnet, dass in einer ersten Wärmezufuhrstufe in der Anlage benötigte Verbrennungsluft indirekt, d. h. durch eine Herzfläche hindurch, durch Verbrennen von Brennstoff erhitzt wird und in einer zwei ten Stufe durch unmittelbare Verbrennung von Brennstoff in der so erhitzten Luft die Erzeugung des Treibgases für die Verbren nungsturbine erfolgt.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa- tentausprueh, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhrstufe tieferer Temperatur zum Verbrennen asohe- und staubhaltiger Brennstoffe, die zweite Wärmezufuhrstufe dagegen zum Verbrennen aschenfreier Brenn stoffe eingerichtet ist. 2.

   Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmezufuhrstufe tieferer Temperatur zum Verbrennen von Kohle und die zweite Wärmezufuhrstufe zum Verbrennen von aus Kohle erzeugtem Gas eingerichtet ist.

   3. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa: tentanspruch mit einer mehrgehäusigen Tur bine in welcher das Arbeitsmittel zwi schen zwei Turbinengehäusen zwischen erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass, die Zwischenerhitzung durch unmittelbare Verbrennung von Brennstoff in Treibgasen erfolgt.

   4. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch mit mehreren parallel geschalte ten Verbrennungsturbinen, dadurch gekenn zeichnet, dass meinem einzigen Erhitzer der für sämtliche -Turbinen benötigten Ver- brennungsluft indirekt Wärme zugeführt wird.

   5. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa- tentänspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung des Brennstoffes, in, der ersten Wärmezufuhrstufe unter Druck er folgt.

   6. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa- tentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbrennung des Brennstoffes. in einer zweiten Wärmezufuhrstufe aus einer Ver- brennungsturbine kommende, noch stark luft- haltige Abgase dienen.

   7. Verbrennungsturbinenanlage nach Pa tentanspruch, in welcher ein Verdichter aus der Atmosphäre angesaugte Luft auf einen höheren Druck bringt, dadurch gekennzeich net, dass. in einem Erhitzer indirekt nur einem Teil der verdichteten Luft Wärme zu geführt wird, während der Rest jener Luft dazu dient, den Abgasen des Erhitzers in einem Wärmeaustauscher Wärme zu ent ziehen.